《机械钟摆——V形悬吊机械钟摆》实验教学设计-2023-2024学年科学五年级上册教科版

《机械钟摆——V形悬吊机械钟摆》 教师姓名： 学校名称： 一、使用教材 教科版小学科学五年级上册计量时间单元第四课《机械钟摆》 二、实验器材 方座支架、线绳、秒表、量角器、螺母或摆球、紧衣扣、水暖托杆。 三、实验设计思路或创新点 去年疫情期间，五年二班吕靖冰、杨丙辰同学在钟摆实验中做出了V字形悬挂的创新，一下子解决了我们多年未能完美解决的单摆轨迹不稳的问题。于是以此为基础设计了这个与数学跨学科的实验方案。 （一）摆球V型悬挂摆球运动轨迹稳定。用紧衣扣固定摆绳，摆绳调节长短很方便。 （2） 用数学工具量角器辅助实验，学生可以观察不同角度的等时性。为了学生实验不出错，用记号笔把量角器的刻度重新进行了标注。 （3） 直接采用“整次数计时”。避免了原科学课本中“固定的时间计次数”的不精确问题。将学生对等时性的认识变更为更精确的“摆动相同次数用时相同”。 45°摆角，20个来回 10°摆角，20个来回 第一次 秒 秒 第二次 秒 秒 第三次 秒 秒 4、 实验原理 （一）V型悬机具有三角形的稳定性。 （二）用量角器给摆角定量，实验更规范。 （三）不同角度的摆动周期会存在微小的差值，这些差值很小，但是通过累加这些差值会被积累放大，类似于游标卡尺的原理，能使细微的数据明显起来。大到学生能用秒表轻松测量。 （四）用体育竞赛中占有比的数学方法判断比较数据快捷简单。实验次数为奇数，一般选取3次或5次。 （五）因为符合自然规律的数据重现率高，所以学生能用重复数据稳固实验结论。 五、实验教学目标 知识与技能 （一）学生能正确地使用量角器和秒表进行测量。 （二）将等时性变更为“摆动相同次数用时相同”。同一个摆，不同的摆角等时性有微小的差值。 过程与方法 （一）能用占有比分析比较差值累加数据。 （二）用重复数据稳固结论，减少不合理数据的占有率。 情感态度价值观 了解科学家是怎样做的，适时对学生进行思想教育。 六、实验教学内容 精确观测不同角度摆的等时性特征。 七、实验教学过程 （一）知识铺垫，认识摆角 （二）提出问题，进行假设。 将四个摆角的一个来回作为一个摆动周期，假设45°和10°的用时一样还是不一样，让学生思维与日常经验发生联系，错误的假设也很有价值的，都是自己成长的阶梯。 （三）实验验证。 向学生推荐相同次数用时相等的测量方法。为了便于学生计时，一是尽量增加摆长，延长摆动周期，二是把摆的计时起点和终点定位在钟摆的最高点，钟摆在最高点的短暂停顿有利于学生开表和停表的准确度，三是为了确保顺利完成实验，实验前教师要做好从何处开始计时，在哪里停止计时的演示。 （四）数据分析判断。一般三次两决即可解决，不行就来个五次三决。知道用重复数据稳固结论。 （五）汇报和归纳总结 摆具有等时性，但不同摆角的等时性有微小差值。 （六）拓展创新 ⑴为什么钟表里的摆不会停下来，而我们的摆不行？ ⑵怎样给你的摆增加能量，让它停不下来，保持每次的摆动角一致。 （七）家庭创新作业： 用线绳和橡皮做给摆增加能量的实验，用手机拍下来，通过微信发给陈老师，要求一边实验一边讲解。 八、实验效果评价 1.实验采用整次数计时，使科学实验更精确；用量角器规范实验，使组与组之间的数据变量可以互相参考，数据有了普遍性；采用差值累加的数学方法放大数据差异，使普通秒表达到毫秒级仪器才能有的测量效果；用占有比例分析数据，并用重复数据稳固结论，不断减少不合理数据的占有率，去伪存真。与数学的跨学科结合使科学实验更完美、更丰富、更精确，更好地揭示了机械钟摆等时性科学概念的真实面目与本质。 2.实验方案设计灵感是来自于学生的创新，该实验方案按照问题、假设、实验验证、结论的科学探究过程进行，最后通过创新拓展再次走向创新。 3.如果再提高创新难度以及对数学的使用层次，还实验还适合初中、高中学生使用。 学科网（北京）股份有限公司 $$